DE10136387A1 - Objektiv, insbesondere Objektiv für die Halbleiter-Lithographie - Google Patents

Abstract

Bei einem Objektiv, insbesondere einem Objektiv für die Halbleiter-Lithographie, mit optischen Elementen, wie Linsen (16) und Spiegel (11a), ist wenigstens ein Teil der optischen Elemente (16, 11a) mit einer reflektierenden Fläche außerhalb des optisch wirksamen Bereiches als Referenzfläche (12) zur Justierung des optischen Elementes innerhalb des Objektivs (8) versehen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Objektiv, insbesondere ein Objektiv für die Halbleiter-Lithographie mit optischen Elementen, wie Linsen und Spiegeln.
• Beim Zusammenbau eines Objektives, insbesondere eines Objektives in der Halbleiter-Lithographie, müssen die einzelnen Objektivteile, wie z. B. Linsen und Spiegel, mit sehr hoher absoluter Genauigkeit sowohl in den Ortskoordinaten als auch in den Winkelkoordinaten zueinander eingerichtet werden.
• Bisher verwendete optische Elemente, z. B. Fassungen von Linsen, besitzen einen Zentrierbund am Außendurchmesser und eine obere und eine untere Fläche, mit einem Referenz- und Dichtbund, als Referenzen für einen Einbau im Objektiv. Eine Linse wird dabei so ausgerichtet, daß ihre optische Achse senkrecht durch die beiden Referenzflächen der Fassung geht. Hierzu wird die Linse bezüglich ihrer optischen Achse exakt "eingekugelt" und dann mit der Fassung verklebt. Dabei ist jedoch ein Offset zur mechanischen Achse des Flansches bzw. der Fassung nicht zu vermeiden. Aus diesem Grund wird der Versatz der optischen Achse der Linse zum Zentrierbund an der Fassung in Betrag und Winkellage gemessen und dann bei der Montage ins Objektiv entsprechend vorgehalten. Häufig ist dies ausreichend, da jede Fassung im allgemeinen auf der vorherigen aufliegt und dann nur noch lateral zentriert werden muß.
• Bei einem katadioptrischen Objektiv ist es jedoch erforderlich, über einen größeren Abstand zwischen einem Zentralkörper und den Fassungen die Winkellage der einzelnen Linsengruppen zueinander zu messen. Hierzu können bekannte Meßmaschinen, z. B. Portal- oder Ständermeßmaschinen mit taktilen Meßtasten, verwendet werden, die gegebenenfalls noch mit einem optischen Meßsystem zur absoluten Orts- und Winkelbestimmung versehen sind. Zur Vermessung der Referenzflächen des jeweiligen optischen Elementes werden dabei Planspiegel benützt.
• Zur Justage von Linsengruppen eines katadioptrischen Objektives in einer Baugruppe, in der die optische Achse wenigstens annähernd horizontal verläuft und mit einer vertikalen Baugruppe, in der die optische Achse in vertikaler Richtung verläuft, ist es vorgesehen, eine Referenzfläche mit Hilfe eines Planspiegels zu justieren. Anschließend muß der Planspiegel gegen die jeweilige Linsengruppe ausgetauscht werden.
• Nachteilig dabei ist, daß durch den Austausch des bzw. der Planspiegel gegen die jeweilige Linsengruppe nicht nur ein höherer Montageaufwand erforderlich ist, sondern daß darüber hinaus neue Fehlerquellen auftreten können.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Objektiv die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden, insbesondere ein Objektiv der eingangs erwähnten Art zu schaffen, durch das die Justage vereinfacht wird, wobei außerdem mögliche Fehlerquellen reduziert werden sollen.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
• Durch die erfindungsgemäßen Referenzflächen, die an dem optischen Element selbst oder an dessen Fassung angeordnet sind, ist es möglich, eine Linsen- oder Spiegelgruppe direkt zu justieren und zwar ohne den Umweg über Planspiegel und einem daraus resultierenden anschließenden Austauschen, was immer zu Fehlern führen kann.
• Die in bzw. an dem optischen Element integrierte reflektierende Fläche, z. B. eine Spiegelfläche, kann gleichzeitig mit dem optischen Element oder mit der Fassung hergestellt werden. Nach dem bekannten Einklebevorgang einer Linse kann auch die reflektierende Fläche bei einer entsprechenden Anordnung parallel zu Referenzbünden der Fassung und damit senkrecht zur optischen Achse liegen.
• Durch die reflektierende Fläche ist es damit möglich, eine exakte Justage des jeweiligen Objektivteiles zu einem oder mehreren bestimmten Referenzpunkten in dem Objektiv vorzunehmen. Dies kann z. B. durch ein optisches Meßsystem mit von einem Interferometer oder einem Autokollimationsfernrohr erzeugten Meßstrahlen erfolgen. Es ist lediglich erforderlich, die Größe der reflektierenden Fläche entsprechend der gewünschten Justiergenauigkeit und der vorhandenen Genauigkeit der Meßmittel auszulegen.
• Von Vorteil ist auch, daß für eine spätere Kontrolle der Winkellage der eingebauten optischen Elemente die Referenz durch die entsprechenden Referenzflächen, z. B. Spiegelflächen bereits im Objektiv 8 vorhanden ist. Somit ist eine spätere Kontrolle ohne großen Aufwand möglich.
• Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.
• Es zeigt:
• Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Meßmaschine zum Vermessen und Justieren von in eine Rahmenstruktur eines Objektives eingebauten optischen Elementen;
• Fig. 2 einen Halbschnitt durch eine Linse mit der erfindungsgemäßen reflektierenden Fläche an der Fassung; und
• Fig. 3 eine Prinzipdarstellung eines katadioptrischen Objektives.
• Eine Meßmaschine 1, z. B. eine Portal-Meßmaschine, bekannter Bauart weist einen Meßtisch 2 als Granitblock auf, der eine vertikale Meßbohrung 3 mit einer Querbohrung 4 im unteren Bereich aufweist. Am Ende der Querbohrung 4 ist ein Autokollimationsfernrohr 5 angeflanscht. Anstelle eines Autokollimationsfernrohrs 5 kann selbstverständlich auch ein Interferometer verwendet werden. An der Stelle, an der sich die Meßbohrung 3 mit der Querbohrung 4 trifft, ist ein Umlenkspiegel 6 angeordnet. Mit Hilfe des Umlenkspiegels 6 und eines Planspiegels (nicht dargestellt), der auf die Oberfläche des Meßtisches 2 über die Meßbohrung 3 gelegt wird, kann das Autokollimationsfernrohr 5 zu Beginn auf die Oberfläche des Meßtisches 2 als Referenzfläche 7 eingeeicht werden. Auf diese Weise ist man dann in der Lage, mit dem Autokollimationsfernrohr 5 zu vermessende Flächen stets absolut zu der Meßfläche 7 zu referenzieren. Vermessen werden soll mit der Meßmaschine 1 der obere Teil eines Objektives 8, wobei die optischen Elemente in eine obere Rahmenstruktur 8a und eine untere Rahmenstruktur 8b eingesetzt werden.
• Zum Zusammenbau des Objektives 8 bzw. zum Einbau der optischen Teile des Objektives wird in einem ersten Schritt das obere Bauteil des Objektives mit der oberen Rahmenstruktur 8a auf den Meßtisch mit seiner Referenzfläche 7 aufgesetzt. Die Unterseite der Rahmenstruktur 8b dient ebenfalls als Referenzfläche 9.
• In die obere Rahmenstruktur 8a wird ein Prismenkörper 10 eingesetzt. Gleichzeitig wird eine optische Baugruppe 11 mit einem gekrümmten Spiegel 11a und ein oder mehreren Linsen 11b seitlich angeflanscht. Anschließend wird die Unterseite des Prismenkörpers 10 als Hilfsfläche mittels des Autokollimationsfernrohrs 5 ausgerichtet (siehe hierzu den Strahlengang a in Fig. 1). Die Hilfsfläche wird in der Optikfertigung mit einer entsprechenden Mittelgenauigkeit gegenüber den vorderen Flächen des Prismenkörpers 10 hergestellt. Auf diese Weise wird der Prismenkörper 10 innerhalb der horizontalen Ebene mit einer entsprechenden Genauigkeit ausgerichtet.
• Anschließend wird die Linsengruppe 11 mit dem gewölbten Spiegel 11a zu dem Autokollimationsfernrohr 5 ausgerichtet (siehe Strahlengang b in Fig. 1). Hierzu muß der von dem Autokollimationsfernrohr 5 ausgehende optische Strahl in sich zurückreflektiert werden. Dies wird durch eine Durchmessererweiterung des gekrümmten Spiegels 11a, die sich außerhalb des optisch wirksamen Bereiches befindet, geschaffen, denn auf der Durchmessererweiterung ist eine reflektierte Fläche in Form einer Spiegelfläche als Referenzfläche 12 gebildet. Es ist somit lediglich erforderlich, daß der Strahlengang b so gewählt wird, daß er auf die ringförmige Spiegelfläche 12 trifft. Auf diese Weise läßt sich dann die gesamte optische Baugruppe 11 mit ihren optisch wirksamen Flächen entsprechend genau bezüglich ihrer Winkellage ausrichten.
• Die erforderliche Justage bzw. die Messung des Abstandes der optischen Baugruppe 11 von der Spitze des Prismenkörpers 10 kann durch einen auf dem Meßtisch 3 entsprechend in Pfeilrichtung verfahrbaren Meßkopf 13 der Meßmaschine 1 und durch bekannte Messungen mit ein oder mehreren taktiven Meßgliedern 14 erfolgen.
• Zur exakten Verschiebung der optischen Baugruppe 11 an der Außenfläche bzw. einer Interfacefläche der oberen Rahmenstruktur 8a gemäß der durch einen Pfeil dargestellten Wirkrichtung, kann ein separater exakt gesteuerter Hubtisch 15 dienen, der an der Unterseite der optischen Baugruppe 11 angreift und diese entsprechend hebt oder senkt.
• Anschließend wird eine Linse oder eine Linsengruppe 16 auf die obere Rahmenstruktur 8a aufgelegt. Die Linse 16 bzw. bei einer Linsengruppe, die dem Meßtisch 2 zunächstliegende Linse 16, ist im Bereich ihrer Fassung 17 ebenfalls mit einer Referenzfläche in Form einer Spiegelfläche 12 als reflektierende Fläche versehen. Mittels der Spiegelfläche 12 wird dann die Linse 16 exakt ausgerichtet. Hierzu ist es lediglich erforderlich, den Meßstrahl c entsprechend auf die Spiegelfläche 12 zu richten.
• Wie ersichtlich, lassen sich auf diese Weise die einzelnen optischen Elemente bzw. die Bauteile des Objektives 8 sowohl im Ort als auch im Winkel absolut mit hoher Genauigkeit vermessen und einrichten. Hierzu dienen in bekannter Weise auch Dicht- und Referenzbünde 18 auf den Unterseiten und den Oberseiten der Fassung 17 von Linsen 16. Gleiches gilt selbstverständlich auch für den gekrümmten Spiegel 11a der Baugruppe 11. Die Referenzbünde 18, die eine sehr hohe Ebenheitsfläche besitzen, liegen exakt senkrecht zur optischen Achse 19. Bei der Verbindung der Linse 16 mit der Fassung 17 ist darauf zu achten, daß das Ein- bzw. Ankleben an Anlageflächen 20 der Fassung 17 so erfolgt, daß die optische Achse 19 senkrecht zu den Referenzflächen 18 liegt. Da die Spiegelfläche 12 auf eine der Referenzbünde 18 aufgebracht worden ist, wozu der entsprechende Referenzbund 18 so stark verbreitert wird, daß sich eine genügend große Ringfläche für eine Reflexion der Meßstrahlen b und c ergibt, liegt die Spiegelfläche 12 somit ebenfalls senkrecht zur optischen Achse 19. Im allgemeinen wird eine Breite der Spiegelfläche 12 von ca. 5 mm ausreichend sein (siehe vergrößerte Darstellung in der Fig. 2). Zur lateralen Verschiebung der Linse 16 für die gewünschte Justage besitzt diese am Außenumfang einen Zentrierbund 21, an dem nicht dargestellte Aktuatoren zur Verschiebung angreifen können.
• Auf ähnliche Weise kann der in die untere Rahmenstruktur 8b eingebaute refraktive Teil 22 vermessen und justiert werden. Die Zusammensetzung der beiden Rahmenstrukturen 8a und 8b kann anschließend auf beliebige Weise erfolgen.
• Obwohl die Verwendung der Spiegelflächen 12 für einen gekrümmten Spiegel 11a und die Fassung 17 einer Linse 16 nur für ein Meßverfahren mit der Meßmaschine 1 geschrieben ist, ist es selbstverständlich klar, daß im Rahmen der Erfindung optische Elemente, die mit der erfindungsgemäßen reflektierenden Fläche, z. B. der Spiegelfläche 12, versehen sind, auch auf andere Weise für eine exakte Justage bzw. Orts- und Winkelbestimmung des jeweiligen optischen Elementes verwendet werden können.
• Die Spiegelfläche 12 kann z. B. in der Fertigung bereits bei der Herstellung der Fassung 17 und der Linse 16 bzw. des gekrümmten Spiegels 11a entsprechend berücksichtigt werden. So kann die Spiegelfläche 12 z. B. mit einer Beschichtung auf galvanische Weise, z. B. mit Nickel oder Chrom, als eine gut reflektierende Schicht aufgebracht werden (in der Fig. 2 ist aus Übersichtlichkeitsgründen die Beschichtung der Spiegelfläche 12 stark vergrößert dargestellt). Vor Aufbringen der Beschichtung wird man die entsprechende Fläche bzw. einen entsprechenden Bereich der Fassung 17 mechanisch fein bearbeiten, z. B. durch Läppen.
• Nach Aufbringen der Beschichtung wird die Fläche für eine gute Reflexion poliert. Abschließend werden Linsensitz, untere Referenzfläche 18 und Zentrierbund 21 fertig gedreht. Bei diesem Ablauf ist die Spiegelfläche 12 somit automatisch zur Linsenauflage ausgerichtet.

Claims (8)

1. Objektiv, insbesondere Objektiv für die Halbleiter- Lithographie, mit optischen Elementen, wie Linsen und Spiegel, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der optischen Elemente (16, 11a) jeweils mit einer reflektierenden Fläche außerhalb des optisch wirksamen Bereiches, als Referenzfläche (12) zur Justierung des optischen Elementes innerhalb des Objektives oder innerhalb einer Baugruppe eines Objektives versehen ist.

2. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzfläche (12) senkrecht zur optischen Achse (1a) liegt.

3. Objektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzfläche (12) als Spiegelfläche ausgebildet ist.

4. Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Linse (16) als optischem Element die Referenzfläche (12) parallel zu einem oder mehreren Referenzbünden (18) der Fassung (17) ausgerichtet ist.

5. Objektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzfläche (12) durch Läppen und Polieren eines Teiles der Fassung gebildet ist.

6. Objektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzfläche (12) durch die Beschichtung wenigstens eines Teiles der Fassung (17) gebildet ist.

7. Objektiv nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung Nickel oder Chrom aufweist.

8. Optisches Element, insbesondere Linse oder Spiegel, gekennzeichnet durch eine reflektierende Fläche (12) außerhalb des optische wirksamen Bereiches.